改进离散Kirchhoff薄板弯曲单元的一般方法

改进离散Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ薄板弯曲单元的一般方法赵振峰（工程力学研究所）关键词薄板；有限元法／离散Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ单元分类号：Ｏ２４２．２１离散Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ单元是薄板弯曲单元家族中的重要成员。它成功地处理了Ｃ连续性条件；推导简明，概念清楚。但...     

多边形单元的构造新方法及实现

针对任意多边形单元生成困难的问题,提出了一种利用传统的三角形有限元网格生成形状合理的多边形单元网格的方法.该方法能够直接利用已经成熟的三角形网格生成算法,且具有消耗时间少、程序实施简单、稳定可靠等优点.详细介绍了该多边形网格的生成算法,进行了程序实现,并用算例证实了该方法的正确性.     

构造三次样条插值的B网方法

本文给出样条函数C连续性条件的B网表示,运用设表示,建立了构造三次样条插值的B网方法。     

S^12（△＊3）样条函数及其拟插值

利用积分方法和Ｂ网方法给出了Ｓ＾１２（△＾＊３）中Ｂ样条的积分构造和Ｂ网表示，并利用一元样条的Ｍｏｓｒｄｅｎ恒等式给出了Ｓ＾１２（△＾＊２）及Ｓ＾１２（△Ｓ＾＊３）的原保持二次多项式的插算子。     

五阶带形状参数的B样条曲线

给出了五阶带形状参数的均匀B样条基函数，使五阶均匀B样条基函数成为它的一个特例．由带形状参数的五阶均匀B样条基构成的样条曲线，可通过改变形状参数的取值而调整曲线的形状，并且可以调整曲线接近其控制多边形的程度。     

破裂过程模拟的可变形圆化多边形离散单元法

为研究工程中岩体内部裂纹的萌生、拓展和贯通机制,模拟其破裂时接触碰撞的全过程,提出可变形圆化多边形离散单元法。该方法将有限单元法与圆化多边形离散单元法进行耦合,采用圆化多边形离散单元法计算非连续岩体间的相互接触作用,连续体内部的应力应变状态则通过有限单元法进行分析。为准确模拟裂纹演化过程,在有限单元间插入节理单元,采用虚拟裂缝模型和具有拉伸截断的摩尔-库仑准则描述节理单元在拉伸、剪切等不同破坏模式下的力学状态。最后模拟巴西圆盘开裂、单切口弯梁开裂及块体冲击破坏试验。研究结果表明：所提出方法能准确模拟岩体从连续体变化为非连续体的破裂过程。     

S_2~1(Δ_3~*)样条函数及其拟插值

利用积分方法和Ｂ网方法给出了Ｓ１２（Δ＊３）中Ｂ样条的积分构造和Ｂ网表示，并利用一元样条的Ｍｏｒｓｄｅｎ恒等式给出了Ｓ１２（Δ＊２）及Ｓ１２（Δ＊３）的保持二次多项式的拟插值算子．     

B样条基扩充节点的选择

样条在［ａ，ｂ］区间的Ｂ样条表示需要在区间（ａ，ｂ）外引进附加的节点．本文证明了，若选择所有的附加节点分别为端点ａ和ｂ，那么矩阵（Ｎｊ，ｋ）的范数可以达到最小．同时这样的选择可以简化算法．特别，人们可以用高斯主元消去法稳定地计算Ｂ样条系数，即使对应的矩阵并不全正，也不是对角优势的情况也是如此．     

符拉索夫地基上筏基分析的样条无单元法

将样条无单元法应用于筏基中，建立按厚板分析筏基的计算格式，考虑筏板与符拉索夫地基的相互作用，编制相应的计算程序，并给出了算例。利用样条无单元法分析筏基，不仅计算简便，精度高，而且未知量的数目很少。     

多边形单元上有理函数插值的误差估计

采用有理函数可以在任意凸多边形单元上,构造出满足单元间协调性要求的插值函数.对多边形上的有理函数插值的误差进行了分析,利用有理函数插值形函数的性质和二元函数的Taylor展开式,证明了有理函数插值的误差估计不等式。     

九参数拟协调离散Kirchhoff薄板单元

用多变量拟协调法推导出九参数拟协调离散Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ薄板单元（ＱＤＫＴ－９）， 并证明了ＱＤＫＴ－９单元与 ＤＫＴ－９单元（九参数离散 Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ 薄板单元）的一 致性。基于拟协调元方法的理论和公式，人们将易于理解和认识这一类单元，ＤＫＴ 单元仅是一种放松了直法线假设的拟协调薄板元。不难看出：拟协调元方法是一种非 常基本的有限元方法。     

将三角形薄板元推广为厚板元的解析试函数法

为了有效克服剪切闭锁问题,利用已有的薄板单元构造厚薄板通用单元,提出了采用解析试函数法(ATF),将已有的Kirchhoff三角形薄板单元推广为相应的Mindlin三角形厚板单元的通用方法。以薄板三角形单元GPL-T9为例,将薄板GPL-T9单元推广为相应的厚薄板通用单元GPLM。数值算例表明:当板厚度趋向于零时,板单元退化为原始的薄板单元,完全消除了剪切闭锁现象;从薄板到厚板,GPLM元都具有较高的计算精度和优异的单元性能。     

基于离散点的点域绘制方法

研究以离散的点构造三维物体的几何模型, 以每个离 散点为圆心, 构造不同半径的圆, 覆盖在三维几何模型表面, 从而绘制该几何模型表示的几 何物体的真实感图形. 该方法与传统的多边形网格方法相比, 具有存储量小、 计算量小、 易于实现的特点.     

基于元／网格动量传递的离散元与有限元耦合的时空多尺度算法

建立了时间多尺度与空间多尺度兼顾的离散元与有限元耦合的时空多尺度计算模型,并推导了基于元/网格动量传递的力学和动力学参变量的过渡算法,实现了离散元与有限元耦合过渡区内参变量信息的合理交换,从理论上解决了时空多尺度计算中离散元区域与有限元区域之间物理和力学特征的光滑过渡问题.通过弹性应力波在细长杆中传播的算例,验证了该时空多尺度数值计算方法具有较高的准确性和计算效率.     

C1阶协调矩形薄板单元的对比分析

提出了一种直接由协调单元边界位移插值单元位移的特殊插值法,用于构造对称协调和完备的12节点参数薄板矩形单元,分离单元完备性条件和C1阶连续条件的相互影响,构造C1阶连续协调且完备的薄板单元,并构造出一种对称性更好的新型矩形协调薄板单元.该薄板单元具有完备性和真正的C1阶连续性,列式清晰,形函数表达更符合常规函数,对有限元程序不必作大的改动,只需修改挠度插值函数,即可进行常规的有限元分析,从而解决了薄板矩形单元的C1阶连续性问题.研究结果表明:矩形协调单元的计算结果比非协调单元的计算结果精确,收敛速度快,稳定性强.     

两点边值问题基于三次样条插值的高精度有限体积元方法

针对常微分方程线性和非线性两点边值问题,提出了基于三次样条插值的高精度有限体积元方法,给出了具体计算格式,讨论了格式所具有的优良性质——正型性,并应用能量方法给出了收敛性分析,证明了格式按照离散能量模具有四阶精度。最后给出线性、奇异源项和非线性数值算例,验证了算法的有效性和广泛适用性。     

板壳结构几何非线性有限元分析中一个有效的单元

在 Ｔｏｔａｌ－Ｌａｇｒａｎｇｅ坐标下；推导了满足离散 Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ假定的三角形板壳单元在板壳结构几何非线性有限元分析中全部的有限元列式，并以显式表示。各种数值算例表明，该单元的精度高．收敛快，单元的求解未知数少，满足同样精度所需单元数少，可以适用子各种复杂形状板壳结构的几何非线性有限元分析。     

基于离散插值的有限元素法

基于离散插值的有限元素法，介绍一种数值计算方法，并就一种离散插值法（四点法）给出具体的算法及误差估计。     

基于离散元法的表面形貌相互作用研究

针对摩擦过程中的表面形貌相互作用问题,文章基于离散元原理,并利用该原理的一种应用程序——颗粒流程序(PFC程序),直观地对表面形貌相互作用进行模拟;模拟结果表明在刚性光滑平面与理想粗糙表面相互作用之后,粗糙度变小,表面结构也发生较大变化;并且随着2个接触表面法向接近量的增大,粗糙表面的脱落颗粒数增加,磨损程度加剧。